01 挖掘DCS系统潜在功能.doc

全国火电大机组（600MW级）竞赛第9届年会论文集DCS与SIS挖掘DCS系统潜在功能凸现实用性满足特殊性曹德铭（上海电力股份有限公司闵行发电厂）摘要：我厂6台机组的改造全部使用了DCS系统，设备的自动化程度明显提高，运行人员的工作强度大为减小，供电煤耗降低，经济效益提高。在DCS系统运转过程中运行职工时常碰到一些实际问题需要解决，于是我们对DCS系统的自动控制技术进行了完善、优化，并通过技术改进、增加自动投入等，提高了设备自动控制的投入率，使其更切合实际，更具实用性。关键词：DCS系统自动控制完善优化技术改进投入率实用性我们闵行发电厂从1999年9号机组改造后，相继对6台机组进行了DCS改造，机组的控制系统已全部更新换代。改造成功后，自动化程度明显提高，运行人员的工作强度大为减小，供电煤耗降低，经济效益提高。但综观全过程，却发现DCS系统一般较注重使用的普遍性，即能满足发电企业的自动控制、保护控制、顺序控制、数据显示、数据的历史记录追忆等一般通用功能，而缺乏更多的实用性和特殊性，没有在更大程度上解决好个体企业的某些实际问题。以我厂为例，在DCS设备改造后的运行中，诸如给煤机试转前后的连锁保护逻辑不能自动解除和恢复、负荷增减不能自动报警、减温自动不能投入、燃煤热值变化随时影响燃烧自动的调节品质等问题就一一暴露了出来，影响机组的安全性和可靠性。为了使机组能更安全可靠地运行，在一些机组改造后，在一些机组的调试中，根据运行人员的实际需求和异常工况的分析，结合DCS系统尚可挖掘的潜在功能，我们对机组的DCS自动控制系统进行了完善、优化、技术改进、增加自动投入等，使其更切合实际，更具实用性，满足特殊性。1 提高设备自动控制的投入率1.1主蒸汽温度自动控制的投入火电机组主蒸汽温度的品质应该是稳定的，上下波动的数值应被控制在一个较为恒定的范围内，既不能太高也不能太低，太高或太低都会影响机组的正常运行。过热器若经常运行在太高的超温状态，不仅容易产生爆管，增加MFT动作次数，缩短过热器寿命，还会烧坏汽机的进汽设备；过热器若经常在温度太低的状态下运行，不仅会影响机组的经济性，还会造成汽机末节的蒸汽湿度因过大而损坏叶片的后果。在以往的工作实践中，主蒸汽温度极不稳定，尤其是超温现象时常发生。1.1.1长期困扰锅炉运行职工的主蒸汽超温现象机组完成DCS改造后，虽采用了AGC与一次调频控制机组的功率，使锅炉的燃料量随机组的功率指令而时刻进行调节，但锅炉的主蒸汽温度自动还是难以投入，导致锅炉运行人员不得不常用手动来调节主蒸汽温。以8号机组为例，投入了AGC自动后，锅炉的主蒸汽温度上下波动仍偏离设定值正负10以上。当值的锅炉运行人员必须花大的精力去监视主蒸汽温度的变化状况，一旦发现温度有超过规定数值的趋势，就立即用手动方式及时调整一、二级减温水流量，使主蒸汽温度保持在正常数值范围内波动。加之，火电机组主蒸汽温度的品质是否稳定，尤其是有无超温，是我厂用来考核锅炉运行人员工作业绩的重要指标之一，所以锅炉运行人员迫切希望能尽早解决这一难题，实现一、二级减温系统的自动控制。1.1.2主蒸汽温度自动的对象分析主汽温度受多变量的外扰影响，而减温自动的串级系统由于调节速度滞后难以克服外扰影响，造成超温。外部扰动主要有燃料量、烟气流量、排烟温度、机组负荷、主汽压力、给水泵出口压力、给水调整门开度位置等的变化。1.1.3主蒸汽减温自动控制的调试投入主要是改进控制策略。主要包括前馈模糊控制、增设调节器抗积分饱和功能、变参数控制、随动温度设定值技术等。1.1.3.1前馈模糊控制。它看似模糊，实为一种行之有效的办法。当调节系统引入多种前馈作用后，依据各种主要外部扰动对调节系统的影响，进行事前调节，使调节器在主蒸汽温度变化前就及时地动作，加快了调节速度，调节品质明显提高。1.1.3.2增设调节器抗积分饱和功能。由于减温自动采用串级控制策略，调节器的积分饱和问题必须在这个控制系统中解决，所以在一、二级减温控制回路中都增加设计了调节器抗积分饱和功能。当减温水调整门开足式关闭时，分别闭锁调节器的单向输出。1.1.3.3变参数控制。当主蒸汽温度偏离设定值较大时，自动改变调节器的PID参数，增加减温水流量的变化速度和变化范围，减小主蒸汽温度的波动范围，使调节的品质得到提高。1.1.3.4随动温度设定值技术，即当主蒸汽温度偏离设定值时，会随动地改变一级减温自动温度的设定值，使主蒸汽温度尽快地回到设定值范围。一、二级减温投入了自动控制，减少了锅炉管壁的受损和爆管，减少了MFT发生的次数，从而达到延长机组的寿命，确保电厂安全生产的目的。同时，为锅炉运行人员减轻了工作强度，也实实在在地为企业创出了直接的经济效益。1.2落煤管电榔头自动控制的投入1.2.1落煤管堵塞的危害性落煤管里的煤在受潮后含水量增多、产生粘性，严重时会堵塞落煤管而造成管道不畅，尤其是对直吹式磨煤机危害更大，相当于磨煤机断煤，严重影响机组的安全运行。1.2.2落煤管断煤规律的分析落煤管断煤后产生的现象是：磨煤机的出口温度会异常升高，磨煤机的入口风压会迅速降低，从这些迹象可以判断出磨煤机将出现断煤。1.2.3电榔头自动控制的投入为确保运行中的磨煤机不断煤，根据仔细观察到的磨煤机断煤规律，增加了电榔头同步自动敲击报警功能，即在磨煤机入口风压下降或出口温度上升较快时，煤榔头便自动敲击落煤管并通过光字牌报警，以引起运行人员的注意，使他们在第一时间里监视到断煤现象，及时采取有效措施。这一自动的投入，彻底解决了磨煤机断煤问题。2改进技术增加功能凸现实用2.1增加自动解除和恢复给煤机试转前后的连锁保护逻辑功能2.1.1手动强制解除和恢复给煤机连锁保护逻辑的局限性通常电厂锅炉制粉系统的给煤机检修后需作强制解除连锁保护逻辑，然后才能开启给煤机单独试转。由于试转前给煤机有多种连锁保护逻辑，且强制解除连锁保护逻辑的操作步骤既多又繁，热工人员不得不通过手动强制解除保护逻辑来开启给煤机试转。试转后，又要重新手动一一强制恢复连锁保护逻辑。况且，在强制解除或恢复过程中若与运行人员配合不当，还会影响机组的正常运行，甚至造成锅炉熄火停机的后果，严重威胁着电厂的安全生产。2.1.2自动解除和恢复给煤机连锁保护逻辑的方法针对以上局限性，我们对DCS某些逻辑进行重新组态，在组态中增加了给煤机连锁保护逻辑信号的切换模块，还在制粉系统的操作画面上为给煤机分别增加了自动解除和恢复连锁保护逻辑的操作按钮，使锅炉人员每操作一次按钮，即自动解除给煤机连锁保护逻辑一次，间隔时间设定为5分钟，然后自动恢复给煤机连锁保护逻辑。该功能的增加，简化了解除和恢复给煤机连锁保护逻辑的操作，减少了试转前后人力资源的过多投入，实现了解除和恢复给煤机试转前后连锁保护逻辑的自动控制，彻底根治了给煤机试转前后可能发生的不安全隐患。2.2利用锅炉的蓄热特性，实现锅炉短时停炉熄火不跳汽机的功能2.2.1运行专业的要求运行专业的要求是：主蒸汽温度（东与西），在每十分钟内不能下跌50度，同样再热器温度（东与西），在每十分钟内也不能下跌50度。2.2.3锅炉蓄热的特性锅炉在正常燃烧时，炉体内储存了大量的蓄热，一旦发生MFT动作时，这些炉体蓄热也能维持汽轮机在低负荷下运行数分钟乃至十几分钟。如果利用这一蓄热特性，就能实现锅炉短时停炉熄灭不跳汽轮机的功能。2.2.3解决自动判别蒸汽温度的问题是实现功能的关键从技术实施上看，除了动作有关的电动门、调节门、减机组功率等外，最重要的是解决自动判别蒸汽温度的问题。具体做法是：根据要求，通过逻辑判断组态，分时逐个储存每一分钟温度变化的值。再以MFT发生时为0分钟同MFT发生后10分钟内蒸汽温度是否下跌50度相比为条件，得出是否要跳汽轮机发电机。同样MFT发生后的第一分钟同MFT发生后的11分钟相比较，MFT发生后的第二分钟同MFT发生后的12分钟相比较，依次类推。最终解决了锅炉短时停炉熄火不跳汽机的问题。2.3设计机组负荷增减自动报警功能2.3.1机组负荷增减不报警的缺陷在投AGC控制状态时，机组的负荷指令随AGC指令而变化。由于机组负荷的上下变化会引起机组煤、风、水的频繁调节，造成相应的辅机阀门挡板等设备频繁动作，运行人员稍不留神，就会引起不良后果。2.3.2设置机组负荷增减的自动报警在DCS系统中，设计了AGC负荷每增减2兆瓦时音乐自动响起报警，提醒运行人员及时监视当前机组负荷变化的状况，发现异常及时处理。2.4为电气ECS增加机组跳机报警功能2.4.1电气运行人员的反映多台机组的CRT显示器并排放在一起，如遇其中某一台机组跳机，则无法及时判断出是哪台机组出了故障，会延误对故障的处理，不利于安全生产。2.4.2增设报警灯报警功能根据机组主要保护的状态，在电气的每个操作画面上增加了MFT、ETS、解列这三个报警灯，来分别表示锅炉、汽机、电气的故障跳机。当报警时，运行人员一看便明了是哪台机组的锅炉或汽机或电气的故障跳机。它为电气运行人员的操作提供了方便。2.5增加机组运行参数考核表功能机组运行参数是否超限可反映运行人员技术水平的高低及工作责任性的强弱，机组运行参数超限时间会影响机组的使用寿命。为此，我们在DCS系统中增加了机组运行参数考核表，对运行人员进行实时考核，促使他们增强工作责任性，集中思想监视机组运行状态，保障机组在额定参数范围内正常运行。考核表内容包括对炉膛正压时间、主汽温超温时间、再热汽温超值时间、主汽压力超压时间、燃油消耗量等每一个运行值的累计自动分类统计。3完善优化DCS系统控制技术3.1利用间接采集燃煤热值信号技术，优化燃烧自动调节功能3.1.1煤种发热量的多变性与设定参数不变性的矛盾，火电机组的主要燃料为煤。一方面各煤种的发热量存在差异，用较高热值的燃煤燃烧，给煤机马达的转速一般在450转/分时，机组就达到满负荷。而用较低热值的燃煤燃烧，给煤机马达的转速一般要在600转/分时，机组才达到满负荷。另一方面调节控制系统无法动态整定参数，调节控制系统的PID参数一般在设定后就不能随燃煤热值的变化而改变。这对矛盾，轻则使调节品质变差出现振荡，重则引起调节控制系统不稳定，进而造成锅炉设备隐性损坏、老化，缩短锅炉设备的使用寿命。3.1.2用间接测量燃煤热值的方法，在线动态自动调节控制系统参数。为解决煤种发热量的多变性与设定参数不变性的矛盾，设置了燃煤发热量的修正回路，并通过DCS采集的有关信号，比照各煤种热值，仔细一一加以测量、运算、分析、处理，获得了燃煤发热量的变化能引起调节系统PID参数的在线动态自动改变的效果，提高了调节控制系统的调节品质，从而延长了锅炉设备的使用寿命。3.2AGC功率指令突然短时丢失的现象及解决办法AGC的功率指令目前采用远动通讯方式转到厂里的各台机组，从实际运行状况来看，有时会发生AGC指令突然短时丢失的现象，功率指令跌到零，DCS系统判断出进协调的功率指令出现坏点，协调自动切至手动。当AGC功率指令恢复正常时，由于在DCS的功率指令回路中有速率限制模块，因此投AGC协调控制也要过一段时间。为此，我们增加了对进DCS的AGC功率指令信号的实时自动跟踪处理的功能。即使发生AGC功率指令突然到零，指令信号为坏点，自动会切换到故障发生前的AGC功率指令值，使机组安然无恙地保持原功率指令值运行，当AGC功率指令信号恢复正常后又能立即投AGC方式控制。3.3吸风机变频器转速信号在自动调节系统中的跟踪问题3.3.1常规变频器转速信号跟踪在自动逻辑组态中的不足变频控制技术及设备被广泛运用在各个领域，其优点是节能、控制特性好，我厂在吸风机中也采用变频控制设备。但实际使用后却发现变频器的转速信号在输出到吸风自动作跟踪时存在问题，其一，变频器的转速输出不是实际吸风机马达的转速信号，而是驱动吸风机马达的供电频率。其二，变频器具有小故障自身恢复处理功能。从由吸风自动控制回路与执行部分变频器组成的控制调节回路中发现，当变频器发生小故障时，功率单元输出被关闭，这时，变频器发出故障信号将吸风自动切至手动。同时，在变频器故障时输出的驱动吸风机马达的供电频率信号与功率单元同时被关闭。这样吸风机调节器和操作模块得到的是变频器转速为零的跟踪信号，但实际吸风马达具有很大的惯性，转速不可能突变为零，当变频器小故障自身恢复后，操作模块指令要从零开始上升到实际吸风马达转速，速度慢。这种常规的自动逻辑组态法会造成炉膛压力正压过大，甚至会跳炉。3.3.2采用驱动吸风马达的供电频率信号实时跟踪法解决以上不足的办法是，对驱动吸风马达的供电频率（变频器原输出转速）信号实时跟踪，即当变频器发生故障信号后，将故障前的原变频器输出转速信号切换并提供给吸风自动控制回路作跟踪（不跟踪当前变频器输出转速为零信号），保持吸风操作模块输出。若变频器自身恢复运行后，变频器的输出状态（功率）就可以迅速回到故障前的输出状态（功率），这种设计组态方法可减少对炉膛压力的波动，提高锅炉安全运行的可靠性。3.4增设重要保护回路的电源监视功能。重要保护回路的电源工作是否可靠，直接关系到机组在事故状态下的安全运行。有一次，我厂的一台机组全部安全门电源失去，最终查明是由一只安全门电磁阀回路故障而引起的全部安全门失电。当时机组的保护回路电源监视器未装，造成了很大的设备安全隐患。事后，认识到机组的重要保护电源应该要安装监视，以便能及时了解设备的运行状况，因此在机炉以后的小修中，通过在每一路保护电源回路中加装电源监视继电器，用继电器接点信号去报警，消除了设备的安全隐患。否则，当锅炉超压，又没有保护电源，锅炉的安全将失控，后果不堪设想。4DCS系统改造的启示4.1控制